基于SPM的超高密度信息存儲關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的磁存儲、光存儲和半導(dǎo)體存儲受到超順磁效應(yīng)、衍射現(xiàn)象和最小光刻單元的限制而存在各自的物理極限，基于掃描探針顯微術(shù)(SPM)的信息存儲技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)存儲技術(shù)的物理極限，有望成為下一代的高密度存儲技術(shù)，但目前存在讀取速率低和探針壽命短等問題。針對上述問題，本論文將壓電功能材料鋯鈦酸鉛 (PZT)薄膜應(yīng)用于 SPM 技術(shù)中，提出了新型的“熱-壓電-機(jī)械”數(shù)據(jù)存儲方法，并對其機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)論述。 用于“熱-壓電-機(jī)械”數(shù)據(jù)存儲的讀

2、寫頭是由壓電懸臂梁探針組成的陣列，論文中用減小幾何尺寸的方法設(shè)計了一種低剛度高諧振頻率的懸臂梁式壓電探針，以非矩形不等截面多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的懸臂梁作為探針的力學(xué)模型，通過理論推導(dǎo)獲得探針的彈性常數(shù)為4N/m，諧振頻率為245kHz。以探針自由端部集成的微型加熱器為中心研究了探針的熱學(xué)特性，研究表明加熱器熱量散失的主要方式為通過梁體傳導(dǎo)到基體，次要方式為傳導(dǎo)到空氣中，而對流和輻射對熱量散失帶來的影響可以忽略。 數(shù)據(jù)寫入過程是針尖和介質(zhì)

3、相互作用的過程，結(jié)合存儲介質(zhì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的材料特性和數(shù)據(jù)寫入機(jī)理，建立了包含力學(xué)接觸分析、熱傳導(dǎo)分析、粘彈性分析以及運動流體界面追蹤分析在內(nèi)的六步模型來描述整個數(shù)據(jù)寫入過程，并用該模型對單個數(shù)據(jù)寫入過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果顯示在加熱和加載力共同作用下最終形成中央凹陷50nm周圍凸起十幾納米的數(shù)據(jù)斑。模擬同時表明數(shù)據(jù)斑周圍的凸起是將介質(zhì)在流體狀態(tài)擠出所致，而介質(zhì)受熱膨脹的影響很小。 從電荷靈敏度的角度研究了數(shù)據(jù)

4、讀出，通過增加懸臂梁彈性層厚度、剝離部分鈍化層以及為PZT加直流偏壓等方法可提高電荷靈敏度，并以此優(yōu)化了探針結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)讀出過程。 利用微加工方法加工和制備了存儲系統(tǒng)的部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和材料。通過各向異性刻蝕法獲得了高寬比為1.56，尖端曲率半徑小于50nm的單晶硅針尖結(jié)構(gòu)，通過旋涂法獲得了厚度為200nm左右表面粗糙度低于2nm的PMMA薄膜，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)獲得了低應(yīng)力的氮化硅薄膜以及非晶硅薄膜。